基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)解決方案

　　Zigbee 協(xié)議軟件的構成包括硬件抽象層( HAL)， 應用庫( CUL)和系統主程序。HAL是簡(jiǎn)單的建立和使用外部的單元(例如， 無(wú)線(xiàn)收發(fā)， 計時(shí)器， AD 變換等)。CUL 提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)協(xié)議， 一個(gè)管理器管理DMA 通道和一個(gè)以軟件方式實(shí)現處理安排的多任務(wù)計時(shí)器。而系統的主程序提供了一個(gè)程序調用的接口和中斷。本軟件實(shí)現一個(gè)簡(jiǎn)單的點(diǎn)對點(diǎn)數據傳輸， 因此只需要一個(gè)精簡(jiǎn)的數據包協(xié)議( SPP)。

　　簡(jiǎn)單的協(xié)議包提供了簡(jiǎn)單的數據包結構如表1， 其中Leng th(長(cháng)度)， 接收信號強度( RSSI)和鏈路質(zhì)量LQ I區域由芯片設置， dest src address 和flags區域由SPP設置， Pay lOAd( length- 5bytes) 區域為有效的載荷由用戶(hù)設置(最大125字節)。

表1 簡(jiǎn)單的數據包結構

　　數據包的字節長(cháng)度不包括長(cháng)度字節本身， 目的地址和源地址每一個(gè)為一個(gè)字節， 另外， 0x00是廣播地址， 這一地址的數據包被所有的節點(diǎn)接收， 標志包括ACK 位， 一個(gè)ACK 請求( DO _ACK )。通過(guò)重傳顯示、序列號位、序列號及重傳的位共同作用從而能夠區分新的數據包和當前接收的數據包， RSSI和LQ I顯示接收信號強度和鏈路的質(zhì)量， LQ I的第8位顯示是否CRC校驗成功或失敗。

　　Zigbee數據包發(fā)送的部分流程圖如圖2 所示，接收數據的部分流程圖如圖3所示。

圖2 發(fā)送數據的部分流程圖

圖3 接收數據的部分流程圖

2. 4 Z igBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究

　　2. 4. 1 網(wǎng)絡(luò )管理功能

　　( 1)網(wǎng)絡(luò )形成。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)上電后， 無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧各層首先進(jìn)行初始化， 然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò )請求來(lái)啟動(dòng)一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )(僅具有協(xié)調器能力且當前還沒(méi)有與網(wǎng)絡(luò )連接的網(wǎng)關(guān)設備才可以建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò ))。

　　組網(wǎng)開(kāi)始時(shí)， 網(wǎng)絡(luò )層首先向MAC層請求分配協(xié)議所規定的信道， 或者由PHY層進(jìn)行有效信道掃描，網(wǎng)絡(luò )層管理實(shí)體等待信道掃描結果， 然后根據掃描結果選擇可允許能量水平的信道。找到合適的信道后，為這個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )選擇一個(gè)域網(wǎng)標識符( PAN ID )。

　　PAN ID可由網(wǎng)絡(luò )形成請求時(shí)指定， 也可以隨機選擇一個(gè)PAN ID (除廣播PAN ID 固定為0xFFFF外) ， PAN ID在所選信道中應該是唯一的。PAN ID一旦選定， 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)將選擇16位網(wǎng)絡(luò )地址0x0000作為自身短地址，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)設置。完成設置后， 通過(guò)MAC 層發(fā)出網(wǎng)絡(luò )啟動(dòng)請求， 返回網(wǎng)絡(luò )形成狀態(tài)。

　　( 2)網(wǎng)絡(luò )維護。網(wǎng)絡(luò )維護主要包括設備加入網(wǎng)絡(luò )和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò )過(guò)程。當網(wǎng)絡(luò )形成后， 通過(guò)網(wǎng)絡(luò )管理實(shí)體設定MAC 層連接許可標志來(lái)判斷是否允許其他設備加入網(wǎng)絡(luò )。加入方式有聯(lián)合方式和直接方式， 在協(xié)議實(shí)現中采取直接加入網(wǎng)絡(luò )方式。這種方式下由待加入的設備發(fā)送請求加入信標幀， 網(wǎng)關(guān)接收到后， 網(wǎng)絡(luò )管理實(shí)體首先判斷這個(gè)設備是否已存在于網(wǎng)絡(luò )。若存在， 則使其加入網(wǎng)絡(luò ); 若不存在， 則向設備發(fā)送信標幀， 為這個(gè)設備分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中唯一的16位短地址。這里的信標幀是由網(wǎng)關(guān)無(wú)線(xiàn)協(xié)議MAC層生成作為PHY 層載荷， 它包含PAN ID、加入時(shí)隙分配等信息。網(wǎng)內設備也可以請求斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò )。當網(wǎng)關(guān)收到設備斷開(kāi)連接請求后， MAC 層向網(wǎng)絡(luò )層發(fā)送報告， 開(kāi)始執行斷開(kāi)流程， 從設備列表中刪除該設備相關(guān)信息。